[發明專利]電極、光伏器件和制作方法

無效

• 申請號: 201110463070.7
• 申請日: 2011-11-30
• 公開（公告）號: CN102593195A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: J·C·羅霍;B·A·科列瓦爾;H·曹;J·曹;J·D·邁克爾
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: H01L31/0224
• 分類號: H01L31/0224;H01L31/0296;H01L31/18
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 徐晶;林毅斌

發明領域

本發明涉及具有增強的電池性能和降低的制造成本的光伏器件。更具體地講，本發明涉及用在光伏器件中的具有漸變型氧化錫鎘層的透明電極。

背景技術

薄膜太陽能電池或光伏器件通常包括設置在透明襯底上的多個半導體層，其中一層作為窗口層且另一層作為吸收層。窗口層允許太陽輻射穿透到吸收層，在吸收層中光能轉化為可使用的電能。碲化鎘/硫化鎘(CdTe/CdS)異質結基光伏電池是薄膜太陽能電池的一個這樣的實例。

通常透明導電氧化物(Transparent?Conductive?Oxide，TCO)的薄層沉積在襯底和窗口層(例如CdS)之間用作前接觸集流器。然而傳統的TCO，例如氧化錫、氧化錫銦和氧化鋅，在良好光傳輸所需的厚度時具有高電阻率。氧化錫鎘(CTO)用作透明導電氧化物提供更好的電學、光學和機械特性以及高溫穩定性。然而，CTO/CdS基薄膜太陽電池仍面臨挑戰，例如厚CdS膜通常導致器件效率低，而薄CdS膜導致降低的開路電壓(V_OC)。

在某些情況中，為了用薄CdS膜獲得高器件效率，薄緩沖材料層例如氧化錫(SnO₂)層設置在氧化錫鎘(CTO)和窗口(CdS)層之間。制造CTO層使用的典型方法包括在襯底上沉積非晶氧化錫鎘層，然后將與CdS膜接觸的CTO層緩慢熱退火，以獲得所需的透明度和電阻率。然而，在大規模制造情況下難于進行CTO的CdS基退火。而且，使用昂貴的CdS增加了制造成本。實現CTO結晶后，將單獨的緩沖層(例如氧化錫)沉積在CTO層上，然后其還可進行第二退火步驟以獲得良好的結晶質量。緩沖層的性能通常部分取決于該層的結晶度和形態并且受被它沉積于其上的CTO表面的影響。需要高質量的緩沖層以獲得太陽能電池制造中所需的性能。

因此，需要提供用具有所需電學和光學性質的CTO和緩沖層制造的改善的電極和光伏器件。而且，需要減少光伏器件制造中CTO和緩沖層沉積和退火的步驟數量，由此降低成本并提高制造能力。

發明內容

提供本發明的實施方案以滿足這些或其他需要。一個實施方案是透明電極。透明電極包括襯底和設置在襯底上的透明層。透明層包括(a)包括氧化錫鎘的第一區域；(b)包括錫和氧的第二區域；以及(c)介于第一區域和第二區域之間的包括鎘、錫和氧的過渡區域，其中過渡區域中的鎘對錫的原子比在過渡區域厚度上變化。第二區域具有比第一區域電阻率高的電阻率。

一個實施方案是光伏器件。光伏器件包括襯底；設置在襯底上的透明層；設置在透明層上的第一半導體層；設置在第一半導體層上的第二半導體層；以及設置在第二半導體層上的背接觸層。透明層包括(a)包括氧化錫鎘的第一區域，(b)包括錫和氧的第二區域，以及(c)介于第一區域和第二區域之間的包括鎘、錫和氧的過渡區域，其中過渡區域中的鎘對錫的原子比在過渡區域的厚度上變化。第二區域具有比第一區域的電阻率高的電阻率。

一個實施方案是光伏模塊，包括多個如上所述的光伏器件。

另一實施方案是方法。該方法包括在襯底上沉積基本上非晶氧化錫鎘層并熱處理基本上非晶氧化錫鎘層以形成透明層，其中熱處理包括在處理溫度、真空條件下加熱基本上非晶氧化錫鎘層一段時間，其足以形成(a)包括氧化錫鎘的第一區域，(b)包括錫和氧的第二區域，以及(c)介于第一區域和第二區域之間的包括鎘、錫和氧的過渡區域，其中過渡區域中的鎘對錫的原子比在過渡區域厚度上變化。第二區域具有比第一區域的電阻率高的電阻率。

附圖說明

當參考附圖研讀以下詳細描述時，本發明的這些和其他特征、方面和優勢將被更好地理解，其中：

圖1是根據本發明的一個實施方案的透明電極的示意圖。

圖2是根據本發明的一個實施方案的光伏器件的示意圖。

圖3是根據本發明的一個實施方案的光伏器件的示意圖。

圖4A示出初沉積的(as-deposited)非晶氧化錫鎘層的XPS特性(profile)。

圖4B示出與CdS膜接觸的退火的結晶氧化錫鎘層的XPS特性。

圖5示出根據發明的一個示例性實施方案的透明層的XRD圖案。

圖6示出根據發明的一個示例性實施方案的透明層的XPS特性。

圖7示出根據發明的一個示例性實施方案的透明層的XPS特性。

圖8示出根據發明的一個示例性實施方案的透明層的XPS特性。

圖9示出根據發明的一個示例性實施方案的透明層的XRD圖案。